有限元分析-必威体育精装版法兰算例.docx

带增 带增强法兰的球封头 题目： 成都石化设计院用于某容器上的带增强法兰的球封头，结构尺 寸如图，工作载荷为内压 0.8Mpa，螺栓载荷为 535574N，材料为 20R。请按照分析设计的要求分析该结构在上述工况下操作时的各 类应力并进行强度校核。 一、载荷分析 1.用户数据 根据设计图，计算基础数据如下： 工作压力 0.8MPa 设计压力 0.8MPa 工作温度 120℃ 设计温度 120℃ 腐蚀裕量 2mm 载荷组合系数 1 2.结构参数 以下所有厚度均为有效厚度，长度单位：mm 中心接管参数 图 1: 带增强法兰的椭圆封头-中心接管参数示意图 内直径 D1 50 厚度 T1 3.5 外伸高度 H1 200 过渡段内半径 r1 15 过渡段外半径 r2 15 封头参数 图 2: 带增强法兰的椭圆封头-封头参数示意图 内半径[长半轴]a 800 内表面高度 b 800 厚度 t 14 法兰参数 t3 t 3 图 3: 带增强法兰的椭圆封头-法兰参数示意图 外直径 d1 960 内直径 d2 780 厚度 t 66 螺栓数目 24 螺栓中心圆直径 d3 915 螺栓孔直径 d4 27 垫片内直径 d5 800 垫片外直径 d6 866 倒角内半径 r1 40 倒角外半径 r2 15 3.材料参数 部位 材料 弹性模量 (MPa) 泊松比 比重 (g/cm ) Sm (MPa) 接管 碳素钢锻件 20 190200 0.3 7.84 124.6 封头 碳素钢钢板 20R 194600 0.3 7.824 144.2 法兰 碳素钢钢板 20R 190200 0.3 7.84 114.6 4.载荷条件 内压(MPa) 0.8 螺栓力(N) 535574 接管端面已自动施加由内外压差引起的边界等效压力。 二、结构分析 根据法兰结构特点，应进行带增强法兰的椭圆封头的应力分析， 建立力学模型如下： (1)力学模型 根据带增强法兰的椭圆封头的结构特点和载荷特性，采用了三 维力学模型。 图 4: 带增强法兰的椭圆封头网格图 (2)边界条件 位移边界条件 图 5: 带增强法兰的椭圆封头 X 方向约束 图 6: 带增强法兰的椭圆封头 Y 方向约束 图 7: 带增强法兰的椭圆封头 Z 方向约束 力边界条件 参见“载荷分析”。 (3)单元选择 网格剖分采用 8 节点六面体单元和 6 节点三棱柱单元。 三、应力分析结果 图 8: 带增强法兰的椭圆封头变形图及 σp3 应力分布图 四、强度评定 图 9: 第 1 条分析路径局部图 第 1 条分析路径(内节点 2917, 外节点 883) 总体薄膜应力强度：S  I  = 29.53 KS  m  t  = 144.20MPa 薄膜加弯曲应力强度：S  III  = 35.39 1.5KS  m  t  = 216.30MPa 一次加二次应力强度：S  IV  = 35.39 3.0KS  m  t  = 432.60MPa t t 图 10: 第 2 条分析路径局部图 第 2 条分析路径(内节点 572, 外节点 673) 局部薄膜应力强度：SII = 37.27 1.5KSm = 186.90MPa 薄膜加弯曲应力强度：S  III  = 37.27 1.5KS  m  t  = 186.90MPa 一次加二次应力强度：S  IV  = 42.18 3.0KS  m  t  = 373.80MPa tt t t 图 11: 第 3 条分析路径局部图 第 3 条分析路径(内节点 3573, 外节点 3600) 总体薄膜应力强度：S  I  = 5.92 KS  m  t  = 124.60MPa 薄膜加弯曲应力强度：S  III  = 6.59 1.5KS  m  t  = 186.90MPa 一次加二次应力强度：SIV = 6.59 3.0KSm = 373.80MPa 图 12: 第 4 条分析路径局部图 第 4 条分析路径(内节点 4676, 外节点 677) 局部薄膜应力强度：SII = 13.06 1.5KSm = 171.90MPa 薄膜加弯曲应力强度：S  III  = 13.06 1.5KS  m  t  = 171.90MPa 一次加二次应力强度：S  IV  = 25.13 3.0KS  m  t  = 343.80MPa 该容器强度校核合格。 五、结论 1. 的规定。  所有 A、B 类焊缝需 100%无损检测，合格标准按 JB4732-95 锻件和封头、锻件和筒体小园弧加工完成后，需进行表面磁粉 检测。 所有对接焊缝需打磨至与母材平齐。 本设备的设计、制造均按 JB